KR20090065472A - 성막장치 및 성막방법 - Google Patents

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Abstract

면내의 전기적특성이 양호한 균일성을 구비하는 막을 형성하는 것이 가능한 성막장치 및 성막방법을 제공한다.
성막장치는 처리 대상체가 탑재되는 제 1 전극과, 상기 제 1의 전극에 대향하고 상기 제 1 전극과의 사이에서 플라즈마를 발생시키는 제 2 전극과, 상기 처리 대상체로부터 열을 빼앗고, 상기 처리 대상체의 중심영역에서 주변영역으로 열류를 발생시키는 열류제어용 전열부를 구비한다.
양극, 음극, 처리 대상체, 플라즈마, 열류제어용 전열부

Description

성막장치 및 성막방법{DEPOSITION APPARATUS AND DEPOSITION METHOD}
본 발명은 성막장치 및 성막방법에 관한 것이다.
종래, 플라즈마 CVD(Chemical Vapor Deposition)법을 이용한 다이아몬드 성막이 실행되고 있다. 이러한 다이아몬드 성막에서는 수소와 메탄의 혼합가스를 원료가스로서 이용하고, 마이크로미터 수치의 결정 사이즈의 다이아몬드 다결정막(이하, MD막)이 성막되어 있다.
근래, 수소 및 메탄의 혼합가스를 이용한 다이아몬드 성막에서, 메탄의 비를 5% 이상으로 설정함으로써 결정자 사이즈가 급격하게 감소하는 경향을 이용하여, 나노미터 수치의 결정사이즈의 다이아몬드막(이하, ND막)이 형성되어 있다. 이러한 나노미터 수치의 결정사이즈의 ND막은 MD막에 비해 매끄럽고, 광학적인 응용이 기대되고 있다.
또, 반도체 제조에 있어서의 플라즈마 CVD 장치에서는 성막의 균일성을 향상시키기 위해, 예를 들면 미심사된 일본국 특허공개공보 제2007-53359호에 개시되어 있는 바와 같이, 전극형상을 변화시키는 것에 의해서 플라즈마의 활성종 밀도 분포와 가스와 전자 온도를 제어하는 것이 실행되고 있다.
그러나, 플라즈마 CVD에 있어서, 성막의 균일성을 실현하기 위해 전극을 복잡한 형상으로 하면, 전계강도가 커지는 전극 근방에서 전계 집중이 발생하기 쉽고, 성막에 필요한 안정한 글로우(glow) 방전을 방해하는 코로나방전 또는 아크방전이 발생하기 쉽다고 하는 문제가 있다.
그런데, 본원의 발명자들은 그라펜(graphene) 시트 구조의 집합체의 위에 나노 다이아몬드막을 성막함으로써, 우수한 전자방출특성을 갖는 소자재료의 개발을 진행시키고 있다.
이와 같은 ND막을 성막할 때에, 성막장치내의 분위기의 메탄비를 증대시키면, 양광기둥(활성종이 많이 포함되는 영역이고, 통상, 기판은 양광기둥에 노출되도록 배치됨)이 수축되는 경향에 있다. 이 때문에, 동일한 전력의 성막이어도 국소적인 성막속도는 증가하지만, 성막의 균일성이 방해되는 경향에 있다.
MD막의 성막시에, MD 성장의 직접적인 재료로서 알려져 있는 CH3 래디컬은 플라즈마중에서의 수명이 비교적 길기 때문에 플라즈마중에서 확산할 수 있고, 다른 활성종의 농도분포, 다른 활성종의 전자온도분포, 및 다른 활성종의 가스온도분포에 비해 균일하게 분포하는 것이 알려져 있다.
그러나, ND막 성장의 재료 래디컬로서 기능하는 화학 포텐셜이 높은 활성종(C, C2, CH 또는 CxHy)은 전자온도, 가스온도의 낮은 영역에서는 급격히 그 밀도 가 감소한다. 이것에 의해, MD막에 비해, ND막에서는 플라즈마의 확산에 대해 전자방출특성이 균일하고 균일하게 성막되는 영역이 좁아지는 경향은 이 때문이라고 고려되고 있다.
또, ND막을 이용한 전자방출소자에서는 성막 표면의 전기적 특성이 성막 과정에 있어서의 기판 온도, 활성종 밀도의 변화에 대해 매우 민감하기 때문에, 전기적 특성은 상술과 같은 활성종 밀도 분포의 변화를 받기 쉽다. 이 때문에, ND전자 방출 소자의 성막에 있어서는 인가전압에 대해 균일하게 전자가 방출되는 성막 에리어가 전극 영역보다 작고, 면내의 균일성이 부족하게 된다. 따라서, 기판상에 성막된 전체의 면으로부터 전자를 방출할 수 있는 전자 방출막을 얻는 것이 곤란하다는 문제가 있었다.
본 발명은 상술한 실정을 감안해서 이루어진 것으로써, 면내의 전기적 특성이 양호한 균일성을 갖는 막을 형성하는 것이 가능한 성막장치와 성막방법을 제공하는 것을 이점으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제 1 관점에 관한 성막장치는, 처리 대상체가 탑재되는 제 1 전극과, 상기 제 1 전극에 대향하고 상기 제 1 전극을 갖는 플라즈마를 생성하는 제 2 전극과, 상기 처리 대상체로부터 열을 인출하고, 상기 처리 대상체의 중심영역에서 주변영역으로 열류를 생성하는 열류제어용 전열부를 구비한다.
상기 열류제어용 전열부는 상기 제 1 전극이 탑재되는 탑재대와 상기 제 1 전극의 사이에 배치되거나, 또는 상기 제 1 전극을 탑재하는 탑재대의 일부라도 좋다.
상기 열류제어용 전열부는 상기 제 1 전극을 통해 상기 처리 대상체의 주변영역의 적어도 일부와 대향해도 좋다.
상기 열류제어용 전열부는 중공의 링형상이어도 좋다.
상기 열류제어용 전열부는 몰리브덴을 포함해도 좋다.
상기 열류제어용 전열부는 제 1 열전도율을 갖는 재료로 형성된 제 1 영역과, 상기 제 1 열전도율보다 높은 제 2 열전도율을 갖는 재료로 형성된 제 2 영역을 구비하고, 상기 제 1 영역은 상기 열류제어용 전열부의 중심영역에 형성되고, 상기 제 2 영역은 상기 열류제어용 전열부의 주변영역에 형성된다.
상기 열류제어용 전열부는 원반형상이어도 좋다.
상기 제 1 전극을 탑재하는 탑재대에 근접 또는 맞닿게 함으로써 상기 탑재대를 냉각하는 냉각장치를 더 구비해도 좋다.
상기 탑재대의 상기 제 1 전극을 탑재하는 면과는 반대의 면에 대해, 상기 냉각장치를 이동시키는 냉각장치 이송기구를 더 가져도 좋다.
상기 처리 대상체상에 미결정 다이아몬드막이 형성되어도 좋다.
상기 미결정 다이아몬드막의 아래에 그라펜 시트를 갖는 카본 나노월이 형성되어도 좋다.
상기 미결정 다이아몬드막의 위에 돌출하도록, 그래파이트로 이루어지는 돌기부가 또한 형성되어도 좋다.
상기 처리 대상체의 온도를 측정하는 온도 측정부를 더 구비해도 좋다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제 2 관점에 관한 성막장치는, 처리 대상체를 탑재하는 제 1 전극과; 상기 제 1 전극을 탑재하는 탑재대와; 상기 제 1 전극에 대향하고 상기 제 1 전극을 갖는 플라즈마를 생성하는 제 2 전극과; 상기 플라즈마에 의한 성막에 기여하는 활성종의 밀도가 높은 상기 처리 대상체의 제 1 영역과 상기 탑재대의 사이의 열저항과, 상기 제 1 영역보다 성막에 기여하는 활성종의 밀도가 낮은 제 2 영역과 상기 탑재대의 사이의 열저항을 다르게 해서 기판면내의 온도 분포를 제어하는 열류제어용 전열부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제 3 관점에 관한 성막장치는 처리 대상체를 탑재하는 제 1 전극과, 상기 제 1 전극을 탑재하는 탑재대와, 상기 제 1 전극에 대향하고 상기 제 1 전극을 갖는 플라즈마를 생성하는 제 2 전극과, 상기 플라즈마에 의한 성막에 기여하는 활성종의 밀도가 높은 상기 처리 대상체의 제 1 영역과, 상기 제 1 영역보다 성막에 기여하는 활성종의 밀도가 낮은 제 2 영역의 막질을 균등하게 하기 위해, 상기 처리 대상체의 상기 제 2 영역에서 상기 탑재대까지의 열 저항을, 제 1 영역에서 상기 탑재대까지의 열 저항에 비해 감소시키는 열류제어용 전열부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제 4 관점에 관한 성막방법은 제 1 전극상에 처리 대상체를 탑재하는 공정과, 열류제어용 전열부에 의해, 상기 처리 대상체의 중심영역에서 주변영역으로 열류를 발생시키는 바와 같은 상태에서, 제 1 전극과 제 2 전극의 사이에 플라즈마를 생성하여 상기 처리 대상체의 표면에 성막 하는 성막공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 열류제어용 전열부는 상기 제 1 전극이 탑재되는 탑재대와 상기 제 1 전극의 사이에 설치되거나, 혹은 상기 제 1 전극이 탑재되는 탑재대의 일부라도 좋다.
상기 열류제어용 전열부는 상기 제 1 전극을 통해, 상기 처리 대상체의 주변영역의 적어도 일부와 대향해도 좋다.
상기 열류제어용 전열부는 중공의 링형상이어도 좋다.
상기 열류제어용 전열부는 제 1 열전도율을 갖는 재료로 형성되는 제 1 영역과, 상기 제 1 열전도율보다 높은 제 2 열전도율을 갖는 재료로 형성된 제 2 영역을 구비하고, 상기 제 1 영역은 상기 열류제어용 전열부의 중심영역에 형성되고, 상기 제 2 영역은 상기 열류제어용 전열부의 주변영역에 형성된다.
상기 열류제어용 전열부는 원반형상이어도 좋다.
상기 열류제어용 전열부는 상기 제 1 전극이 탑재되는 탑재대를 냉각하는 냉각장치에 의해서 냉각되는 제 1 전극을 거쳐서 처리 대상체를 냉각해도 좋으며, 상기 냉각장치를 제 1 전극과 탑재대 사이에 개지된다.
상기 성막공정에서는 상기 처리 대상체상에는 미결정 다이아몬드막을 형성해도 좋다.
상기 미결정 다이아몬드막의 아래에 그라펜시트를 갖는 카본 나노월이 형성되어도 좋다.
상기 미결정 다이아몬드막의 위에 돌출하도록, 그래파이트로 이루어지는 돌 기부가 더 형성되어도 좋다.
상기 처리 대상체의 온도를 측정하는 온도측정스텝을 더 구비해도 좋다.
열류제어용 전열부에 의해서 기판내에 성막에 적절한 온도구배를 설치하는 것에 의해서, 면내의 양호한 균일성을 구비하는 막을 형성하는 것이 가능한 성막장치 및 성막방법을 제공할 수 있다.
본 발명에 의하면, 면내의 전기적특성이 양호한 균일성을 구비하는 막을 형성하는 것이 가능한 성막장치 및 성막방법을 제공한다.
본 발명은 이하의 상세한 설명 및 첨부도면에 의해서, 더욱 충분하게 이해될 것이지만, 이들은 오직 설명을 위한 것으로서, 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
본 발명의 실시형태에 관한 성막장치 및 성막방법에 대해 도면을 이용하여 설명한다.
본 발명의 실시형태에 관한 성막장치(100)의 구성예를 도 1∼도 4에 나타낸다.
성막장치(100)는 도 1에 나타내는 바와 같이, 챔버(101), 양극(102), 음극(103), 스테이지(탑재대)(104), 배기장치(106), 분광 휘도계(107, 108), 열류제어용 전열부(110), 냉각장치(120), 제어부(130)와 가변전원(131)을 구비한다. 또, 냉각장치(120)는 냉각부(201), 수냉장치(202), 헬륨 공급원(203), 유량 조절 기(204)를 구비한다.
또, 본 발명의 실시형태에 관한 성막장치(100)에서는 도 5에 모식적으로 나타내는 전계방출형 전극(10)의 전자 방출막(13)을 성막한다. 전계방출형 전극(10)은 도 5에 나타내는 바와 같이 기판(11)과 전자 방출막(13)을 구비한다. 전자 방출막(13)은 카본 나노월(CNW)(31), 나노 다이아몬드(ND)막(32), 침형상 탄소봉(33)을 구비한다. 카본 나노월(31)은 그라펜시트가 다수 집합한 것이다. 또, 나노 다이아몬드막(32)은 CNW(31)상에 연속해서 퇴적된, 나노미터 치수의 결정 직경을 갖는 복수의 미결정 다이아몬드 입자를 포함한다. 침형상 탄소봉(33)은 그래파이트로 이루어지고, 일부는 카본 나노월(31)로부터 성장하고, 침형상이다.
챔버(101)는 기판(11)을 외기로부터 차단한다. 챔버(101)내에는 강으로 이루어지는 스테이지(104)가 배치되어 있고, 스테이지(104)의 상부에 평면형상이 원형인 양극(102)이 열류제어용 전열부(110)를 통해 설치되어 있다. 또, 챔버(101)에는 창(101a, 101b)이 설치되어 있고, 이러한 창을 통해 챔버(101)의 내부를 관찰할 수 있다. 창(101a, 101b)에는 내열성 유리시트가 끼워져 있고, 챔버(101)내의 기밀성이 유지된다. 이 창(101a)의 외부에는 분광 휘도계(107)가 설치된다. 또, 창(101b)의 외측에는 분광 휘도계(108)이 배치되어 있고, 창(101b)을 통해 기판(11)으로부터의 스펙트럼을 측정하여, 기판 온도와 방사율을 해석하고, 평가한다. 또한, 가스 공급 관로(105a)를 통해 CH4와 H2 등의 원료가스가 챔버(101)내에 도입되고, 배기 관로(105b)를 통해 배기장치(106)에 의해서 챔버(101)로부터 배기되어, 챔버(101)내의 기압이 조절되어 있다. 각 관로(105a, 105b)는 챔버(101)에 설치된 구멍을 통 과하고 있다. 그 구멍과 관로(105a, 105b)의 외주와의 사이의 갭은 시일재로 밀봉되어, 챔버(101)내의 기밀성이 확보되어 있다.
제어부(130)는 분광 휘도계(108), 가변전원(131), 유량 조절기(204)에, 신호선(도시하지 않음)에 의해 접속되어 있다. 기동 후에 제어부(130)는 분광 휘도계(108)에 의해 측정된 스펙트럼으로부터 기판(11)의 온도를 산출하고, 기판(11)의 온도가 소정값과 동일하게 되도록, 양극(102)과 음극(103)의 사이의 전압 또는 전류값, 또는 냉각부(201)에 공급되는 냉매로서 기능하는 헬륨의 유량을 조정한다. 또, 제어부(130)는 후술하는 이동기구를 동작시켜 냉각부(201)의 높이를 조절하는 것에 의해서, 냉각부(201)로부터 방출된 헬륨이 스테이지(104)에 인가되는 방법을 조정하고, 스테이지(104), 양극(102), 열류제어용 전열부(110)를 통해 기판(11)의 온도를 제어하도록 해도 좋다. 이와 같이, 제어부(130)는 양극(102)과 음극(103)의 사이의 전압 또는 전류값, 헬륨 유량, 이동기구의 위치의 1개 이상을 조합하여 제어하는 것에 의해서 기판(11)의 표면 온도를 제어한다.
양극(102)은 열류제어용 전열부(110)를 통해 스테이지(104)상에 설치된다. 또, 양극(102)상에 기판(11)이 배치된다. 양극(102)은 전도성이 높고 융점이 높은 예를 들면 몰리브덴(열전도율 138W/m·K, 융점 2620℃) 등의 금속으로 형성된다. 탄소계 재료를 성막하는 CVD 장치내에 있어서, 몰리브덴은 철족원소 등과 같이 표면에 무정형 탄소의 퇴적이 잘 발생하지 않는 고융점 금속이기 때문에, 열류제어용 전열부와 다른 부재의 접촉면적을 성막 과정에서 변화시키는 일이 없고, 양극(102)의 재료로서 적합하다.
음극(103)은 양극(102)과 대향하도록 설치된다. 음극(103)에는 관로(103a)가 형성되어 있고, 이 관로(103a)에 물, 염화칼슘 등의 냉각액을 흘려, 음극(103)에 스파크방전의 발생점으로 되는 퇴적물을 퇴적하지 않는 온도(500℃ 이하)까지 음극(103)을 냉각한다. 또, 양극(102)과 음극(103)의 사이에 전압이 인가되면, 도 1에 점선으로 나타내는 바와 같이 양극(102)상에 원료가스의 활성종(래디컬)을 포함하는 양광기둥이 생성된다.
열류제어용 전열부(110)는 도시하는 바와 같이, 양극(102)과 스테이지(104)의 사이에 설치된다. 열류제어용 전열부(110)는 양극(102)의 형상에 맞추어, 내주연 및 외주연이 동심원을 형성하는 환상의 평면형상을 갖는다. 열류제어용 전열부(110)의 내주직경은 기판(11)의 1변의 길이보다 길고, 또한 기판(11)의 대각의 길이보다 짧다. 또, 열류제어용 전열부(110)는 내열성이 우수하고, 비교적 열전도율이 높은 도전성 재료, 예를 들면 몰리브덴으로 형성된다. 상세하게는 후술하는 바와 같이, 성막장치(100)에 있어서의 플라즈마 CVD 처리에서 생성되고 ND막의 형성에 기여하는 활성종의 밀도는 양광기둥의 중심영역에서 높고, 주변영역에서 낮다. 양광기둥의 중심영역이 기판(11)의 중심(中心)(중심(重心))에 위치하도록 기판(11)이 배치된다. 이 때, 열류제어용 전열부(110)가 양극(102)을 거쳐서 기판(11)의 주변영역의 적어도 일부와 중첩되어 대향하도록, 구체적으로는 예를 들면 도 2의 (a)에 나타내는 바와 같이 기판(11)의 각각의 코너부(11a)가 열류제어용 전열부(110)와 중첩되어 대향하도록 기판(11)을 설치한다. 성막장치(100)는 양광기둥이 기판(11)의 중심영역 뿐만 아니라 열류제어용 전열부(110)와 중첩되어 있는 코 너부(11a)를 덮도록 해서 성막하도록 설정되어 있다. 기판(11)의 중심에서 가장 먼 영역인 코너부(11a)에 있어서 기판(11)의 중심에 비해 ND막의 형성에 기여하는 활성종의 밀도가 낮고, 기판(11)의 중심과 동일한 온도에서는 막질을 균일하게 할 수 없다. 그러나, 열류제어용 전열부(110)를 설치하여, ND막의 형성에 기여하는 활성종의 밀도가 낮은 영역을 ND막의 형성에 기여하는 활성종의 밀도가 높은 영역의 막질에 맞추도록, 양극(102)상에 탑재된 기판(11)의 주변영역(열류제어용 전열부(110)와 중첩되는 코너부(11a))으로부터, 더욱 열이 빠져나가기 쉬운 구조를 마련하는 것에 의해, 기판(11)에 있어서의 ND막의 형성에 기여하는 활성종의 밀도가 높은 영역과 낮은 영역에서 온도 구배를 일으키게 한다. 이와 같이 기판의 중심영역의 온도를 올리고 주변영역의 온도를 내리는 것에 의해, 기판상의 활성종 밀도 구배에 맞추어 기판 온도에 구배를 갖게 함으로써, 기판의 면내에서 균일한 막질에 성막을 하는 것이 가능하게 된다. 또한, 기판(11)의 둘레 가장자리 모두가 대향하도록 열류제어용 전열부(110)를 배치시켜도 좋다.
스테이지(104)는 챔버(101)내에 설치되고, 열류제어용 전열부(110)를 통해 양극(102)가 그의 위에 설치된다. 또, 스테이지(104)에는 폐색된 공간(104a)이 설치되어 있고, 공간(104a)내에는 냉각장치(120)가 설치되어 있다. 냉각장치(120)의 냉각부(201)는 평판부(201a)와 관상부(201b)를 구비하고, 도시하지 않는 전송기구에 의해 수직으로 이동 가능한 구조이다. 이 냉각부(201)의 평판부(201a)가 스테이지(104)의 하면에 근접 혹은 맞닿는 것에 의해서, 스테이지(104)가 냉각되고, 또한 열류제어용 전열부(110), 양극(102), 기판(11)이 냉각된다. 또한, 도시의 편의상, 도 1에서는 스테이지(104)의 상면은 평탄이지만, 더욱 정확하게는 챔버(101)의 내부와 외부의 온도차에 기인하는 열응력과, 스테이지(104)를 통한 챔버(101)의 내부와 스테이지(104)내의 공간(104a)의 압력의 차이로 인해, 도 2에 나타내는 바와 같이 스테이지(104)의 상면은 양극(102)측을 향해 볼록한 형상으로 설치되는 경우가 있고, 이것에 수반하여 스테이지(104)의 하면도 양극(102)측을 향해 볼록한 형상으로 되는 경우도 있다.
냉각장치(120)는 스테이지(104)의 공간(104a)내에 설치되고, 스테이지(104)를 통해 기판(11)을 냉각하기 위한 장치이다. 냉각장치(120)는 도 1에 나타내는 바와 같이, 냉각부(201), 수냉장치(202), 헬륨 공급원(203), 유량조절기(204), 관로(211a, 211b, 211c, 213)를 구비한다.
냉각부(201)는 평판부(201a)와 관상부(201b)를 구비한다. 냉각부(201)는 구리 등의 열전도율가 높은 금속으로 형성된다. 냉각부(201)는 도시하지 않은 전송기구에 의해서 수직으로 이동 가능하고, 도 4에 모식적으로 나타내는 바와 같이, 냉매인 헬륨가스의 내뿜음에 의한 냉각에 부가하여, 냉각부(201)가 스테이지(104)에 맞닿거나 또는 근접하는 것에 의해서, 양자간의 열전도를 향상시킬 수 있다. 이것에 의해, 냉각부(201)에 맞닿거나 혹은 근접된 스테이지(104)가 그 상부에 위치하는 열류제어용 전열부(110)를 통해 양극(102)을 냉각하고, 또한 양극(102)이 기판(11)을 냉각한다.
또, 냉각부(201)의 평판부(201a)에는 관로(211b)가, 관상부(201b)에는 관로(211a, 211c)가 각각 형성되고, 관로(211a, 211b, 211c)는 각각 접속되어 있다. 이와 같이 냉각된 물 또는 냉각된 염화칼슘 수용액 등의 냉각액이 관로(211a, 211b)에 유입되고, 관로(211c)로부터 배출되도록 순환하는 것에 의해서, 냉각부(201) 전체를 냉각시키고 있다. 평판부(201a)에는 도 3의 (a) 및 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이, 관로(211b)가 형성되어 있다. 관로(211b)는 스테이지(104)가 균등한 온도로 냉각되도록, 스테이지(104)의 상면의 형상에 맞추어 대략 원형상(호형상)으로 형성되고, 또한 헬륨용의 관로(213)의 주위에 복수의 관로(211b)가 동심으로 한 동심원형상으로 복수 설치되어 있다. 또, 관상부(201b)를 통과하도록 관로(211a, 211c)가 형성되어 있고, 관로(211a, 211c)는 각각 수냉장치(202)에 접속되어 있다. 관로(211c)로부터 배출된 냉각액은 냉각장치(202)에 의해서 재차 냉각되고, 재차 관로(211a)에 반송되도록 순환된다.
또, 냉각부(201)의 평판부(201a)와 관상부(201b)의 중심에는 관로(213)가 설치되고, 관로(213)와 유량 조절기(204)를 통해, 헬륨 공급원(203)으로부터 헬륨이 방출된다. 유량 조절부(204)는 헬륨 공급원(203)으로부터 배출되는 헬륨의 유량을 제어하는 펌프를 갖고, 실온내에서 헬륨의 유량을 예를 들면 0∼1(l/min)으로 제어할 수 있다. 헬륨가스(열전도율이 150×10-3(W/m·K))은 예를 들면, 질소가스(열전도율이 260×10-4(W/m·K))보다 열전도성이 우수하고,신속하게 스테이지(104)를 냉각할 수 있다. 또한, 냉기가스는 실온에 한정되지 않고, 카본 나노월(31)을 성막할 때의 기판(11)의 가열온도보다 낮아도 좋다. 또 냉기가스는 냉각부(201)의 평판부(201a)가 스테이지(104)에 맞닿기 직전, 또는 냉각부(201)의 평판부(201a)가 스 테이지(104)에 맞닿을 때, 또는 냉각부(201)의 평판부(201a)가 스테이지(104)의 맞닿은 직후이어도 좋다. 또한, 헬륨에 질소를 혼합시켜도 좋다.
분광 휘도계(107)는 플라즈마 복사의 발광 스펙트럼으로부터 상대적인 활성종의 밀도 분포를 평가하기 위해 이용된다. 분광 휘도계(107)는 기판(11)으로부터의 복사의 영향을 가능한 한 받지 않는 바와 같은 각도, 즉 기판(11)의 상면의 면방향에 대해 평행한 각도로 설정되어 있다. 또, 평가될 CH의 상대밀도는 기판(11)의 상면의 법선방향에도 구배를 갖는 것이 당연하다고 고려되기 때문에, 기판(11)의 상면에 가능한 한 가까운 플라즈마로부터의 광, 더욱 바람직하게는 기판(11)의 상면상의 1mm 위의 위치의 플라즈마로부터의 광을 측정하고 있다.
분광 휘도계(108)는 기판(11)으로부터의 열복사를 측정하기 위한 분광 휘도계이며, 챔버에 설치된 창(101b)을 통해 기판(11)의 상면의 면방향에 대해 소정의 각도(예를 들면 15°)로 기판(11)의 상면을 포커싱하는 것에 의해서 기판(11)의 온도를 측정한다. 본 실시형태에서는 온도와 방사율에 자유도를 갖게 한 프랭크의 복사식과, 프랭크 복사가 계측 오차 이하의 온도시에 분광 휘도계(108)에 의해 측정된 스펙트럼을 선형 결합한 식을, 성막 과정시의 기판으로부터의 복사광에 대해, 비선형 최소 제곱법에 의해 피티을 실행하고, 기판 온도 및 방사율을 동시에 평가한다. 이 온도측정방법에 의하면, 성막과정에 있어서의 기판 온도를 순차 계측할 수 있으므로, 기판온도정보를 피드백해서 기판의 성막을 제어하는 것이 가능하다. 구체적으로는 (1) 기판 온도의 노이즈로 되는 플라즈마 복사를 미리 측정하기 위해, 분광 휘도계(108)에 의한 플라즈마 복사의 스펙트럼의 계측 처리와, (2) 피팅 에 요하는 파장영역의 선정 처리와, (3) 플라즈마 복사 스펙트럼의 결정 처리와, (4) 프랭크의 방사칙에 의한 이론식과 플라즈마 복사의 스펙트럼의 선형 결합시킨 식을 비선형 최소 제곱법에 의해서 측정 스펙트럼에 피팅시키는 피팅처리의 4가지의 처리를 포함하여, 기판의 온도와 방사율을 평가한다.
다음에, 성막 처리에 대해 설명한다.
우선, 예를 들면 니켈판을 기판(11)으로서 잘라내고, 에탄올 또는 아세톤에 의해 탈지와 초음파 세정을 충분히 실행한다.
이 기판(11)을 도 1에 예시하는 구성의 성막장치(100)의 양극(102)상에 탑재한다. 기판(11)의 탑재가 완료되면, 다음에, 챔버(101)내를 배기장치(106)를 이용하여 감압하고, 계속해서 가스 공급용의 관로(105a)로부터 수소 가스와 메탄 등의 조성중에 탄소가 함유되는 화합물의 가스(탄소함유 화합물)가 도입된다.
원료 가스 조성중에 탄소가 함유된 화합물 가스는 전체의 3vol%∼30vol%의 범위내인 것이 바람직하다. 예를 들면, 메탄 유량을 50sccm, 수소 유량을 500sccm로 하고, 전체의 압력을 0.05∼1.5atm, 바람직하게는 0.07∼0.1atm으로 한다. 또, 양극(102)과 음극(103)의 사이에 직류전원이 인가되고, 플라즈마를 발생시키고, 플라즈마의 상태 및 기판(11)의 온도가 제어된다.
카본 나노월(31)의 성막시에는 기판의 카본 나노월(31)이 성막되는 위치의 온도를 900℃∼1100℃로 소정 시간의 성막을 실행한다. 이 온도는 전술한 수법에 의거하여, 분광 휘도계(108)에 의해 측정된 스펙트럼으로부터 평가되고 있다. 이 때, 냉각장치(120)의 냉각부(201)는 양극(102)의 온도에 영향이 없도록 양극(102) 으로부터 충분히 이간되어 있다.
하지로 되는 카본 나노월(31)이 충분히 성막된 후, 계속해서 가스 분위기를 바꾸는 일 없이, 플라즈마 가열된 양극(102)보다 훨씬 낮은 온도의 냉각장치(120)의 냉각부(201)를, 예를 들면 100mm 상승시켜 스테이지(104)에 근접 혹은 맞닿게 하여 양극(102)을 냉각한다. 이 때, 기판(11)이 탑재된 양극(102)은 열류제어용 전열부(110)를 통해 스테이지(104)상에 설치되어 있기 때문에, 기판(11) 및 양극(102)의 열은 열류제어용 전열부(110)를 통해 스테이지(104)에 전달된다.
이것에 의해, 양극(102)상에 탑재된 기판(11)을 냉각시키고, 기판(11)의 표면이 카본 나노월의 성막시보다 10℃ 이상 낮은 복수의 다이아몬드 미립자의 성막 적정 온도까지 급랭한다. 또한, 플라즈마를 안정하게 유지하기 위해서도, 냉각장치의 냉각부가 스테이지(104)에 근접 혹은 맞닿게 하는 타이밍에 있어서, 양극 및 음극의 인가전압 또는 인가전류값은 그다지 바꾸지 않는 것이 바람직하다.
기판(11)이 한번에 식었기 때문에, 카본 나노월(31)의 성장이 억제되면, 카본 나노월(31)상에 입경이 5nm∼10nm 정도의 복수의 다이아몬드 미립자(32a)가 성장하기 시작하고, 이윽고 카본 나노월(31)의 성장 대신에 다이아몬드 미립자(32a)의 성장이 지배적우로 된다. 그리고, 다이아몬드 미립자(32a)의 괴상체를 포함하는 층 구조를 갖는 미결정 다이아몬드막(32)이 형성되는 동시에, 다이아몬드 미립자(32a)의 괴상체가 형성되지 않은 영역, 즉 도 5에 나타내는 바와 같은 다이아몬드 미립자(32a)의 괴상체간에 위치하는 간극에, 카본 나노월(31)의 표면이 변형된 침형상 탄소봉(33)이 성장하고, 그 선단부가 미결정 다이아몬드막(32)의 표면으로 부터 돌출되도록 형성된다. 침형상 탄소봉(33)의 발생점은 주로 카본 나노월(31)의 표면이지만, 침형상 탄소봉(33)은 그 이외에도 발생하는 경우가 있다. 그러나, 후술하는 바와 같이 카본 나노월(31)로부터 성장하고 있는 침형상 탄소봉(33)이, 내부에 그래파이트층의 코어가 꽉 차 있기 때문에 기계적 강도가 크고 또한 전계 집중하기 쉬운 봉형상 구조이므로 카본 나노월(31)로부터 성장한 침형상 탄소봉(33)의 선단으로부터 안정하게 전자를 방출할 수 있다.
이 때, 기판(11)의 주변부를 냉각하는 열류제어용 전열부(110)를 설치하는 것에 의해, 열류제어용 전열부(110)를 설치하지 않는 구성에 비해, 기판(11)내의 중심영역으로부터 냉각부(201) 혹은 탑재대가 접속되는 챔버까지, 또는 기판(11)내의 주변영역에서 냉각부(201) 혹은 탑재대가 접속되는 챔버까지 기판상의 온도분포를 제어할 수 있다. 양극(102)에 있어서 기판(11)의 중앙부, 즉 ND막의 형성에 기여하는 활성종의 밀도가 높은 부분에 대향하는 대향면 영역의 이면측의 면영역에서는 열류제어용 전열부(110)가 설치되지 않고, 이 이면측의 면영역과 탑재대(104)의 사이에는 기체 밖에 존재하지 않는다. 기체는 열전도성이 나쁘기 때문에, 기판(11)의 중앙부의 열의 대부분은 기판(11)의 중앙부에서 가장 먼 영역인 코너부(11a)에 전달되어 열류제어용 전열부(110)를 통해 탑재대에 전파되게 된다. 이에 대해, 양극(102)에 있어서, 기판(11)의 중앙부에서 가장 먼 영역인 코너부(11a), 즉 기판(11)의 중앙부에 비해 ND막의 형성에 기여하는 활성종의 밀도가 낮은 부분에 대향하는 대향면 영역의 이면측의 면영역에서는 고체, 즉 기체보다 열전도율이 높은 열류제어용 전열부(110)가 존재하기 때문에, 따라서, 기판(11)의 코너부(11a)와 탑 재대(104)의 사이의 열저항은 기판(11)의 중앙부와 탑재대(104)의 사이의 열저항보다 작다.
또한, 이 성막에 이용되는 온도계측의 방법에서는 방사율도 기판온도와 동시에 평가된다. 이 방사율은 유리의 투과율 등에 의해서도 영향을 받기 때문에 상대값으로서의 값이기는 하다, 그렇지만, 본 실시형태에서는 하지막이 카본 나노월이며, 충분히 성장한 카본 나노월의 방사율이 1이기 때문에, 카본 나노월의 성장에 의해 상대적인 방사율이 플래토(plateau)에 도달했을 때의 값을 1로 설정함으로써,카본 나노월에 다이아몬드 미립자의 형성 처리에서 정확한 방사율을 평가할 수 있다.
성막의 종료 단계에서는 양극(102)과 음극(103)의 사이의 전압의 인가를 정지시키고, 계속해서 원료가스의 공급을 정지시키고, 퍼지가스로서 질소가스를 챔버(101)내에 공급하여 상압으로 복귀한 후, 상온으로 복귀된 상태에서 기판(31)을 꺼낸다.
본 발명에서는 기판의 중앙부, 즉 ND막의 형성에 기여하는 활성종의 밀도가 높은 부분에 접하는 영역에는 중첩되지 않는 바와 같은 중공구조로 하고, 또한 기판의 주변부, 즉 ND막의 형성에 기여하는 활성종의 밀도가 낮은 부분에 접하는 영역에는 중첩되는 바와 같은 링형상의 열류제어용 전열부(110)를 구비하는 것에 의해서, 기판의 면내의 온도구배를 제어할 수 있다. 예를 들면, 도 6에 나타내는 바와 같이, 냉각 링을 구비하지 않는 구성에서는 플라즈마로부터 부여되는 에너지가 가장 큰 기판(11)(전극)의 중앙 부근은 가장 열이 전송되기 쉽기 때문에, 결과적으 로 기판면은 전체적으로 비교적 균일한 온도로 된다. 이 때, 양극(102)으로부터 스테이지(104)에 흐르는 열류는 주로 중심부근에서 양극(102)의 중심으로부터 스테이지(104)를 향하도록(도 6에 나타내는 아래방향) 흐르고, 기판면에 평행한 방향(도 6에 나타내는 수평방향)에 생기는 열류는 적다. 이에 대해, 열류제어용 전열부(110)를 구비하는 본 실시형태의 구성에서는 도 7에 나타내는 바와 같이 열은 전극(102)의 중심부보다, 전극(102)의 주변부에서 스테이지로 전달되기 쉽다. 이것에 의해, 기판(11)과 전극(102)은 중심에서 주변부에 온도 구배가, 열류제어용 전열부(110)를 사용하지 않는 경우에 비해 커진다. 이와 같이 열류제어용 전열부(110)의 형상이나 크기를 변화시킴으로써, 양광기둥내에서 나노 다이아몬드막을 형성할 때에 기여하는 활성종이 많이 존재하는 영역인 기판 중심영역의 기판 온도와 활성종 농도가 중심보다 낮은 주변영역에 있어서의 기판 온도를 활성종의 밀도에 따라 조절하는 것이 가능하게 되고, 중심영역과 주변영역에서 균일한 막질의 막을 성막할 수 있다.
또, 일반적으로 CVD법에 의한 성막에 있어서 막의 균일성을 향상시키기 위해 실행되는 방법으로서는 성장 과정에서 기판을 회전시키는 전극형상을 변화시키고, 기판 온도를 균일하게 하는 등이 있다. 기판을 회전시키는 방법에서는 회전축에 대한 직경방향으로의 성막 불균일에 대해서는 균일하게 하는 것이 곤란한 문제가 있다. 또, 회전시키기 위해, 성막 면적이 커지면, 장치도 대형화하는 문제가 있다. 다음에, 전극형상을 변화시키는 방법에서는 전극이 단순한 형상은 아니기 때문에, 전계강도가 커지는 전극 근방에서 전계 집중이 생기기 쉬워지고, 성막을 방해하는 코로나방전이나 아크방전 등이 발생하기 쉽다는 문제가 있다. 또, 기판 온도를 균일하게 시키는 방법에서는 통상의 MD막의 경우에는 이러한 방법으로 성막 에리어가 확산되는 것을 기대할 수 있었지만, ND성막 등과 같이, 플라즈마중의 활성종 밀도 분포의 영향을 크게 받는 성막의 경우에는 기판 온도를 균일하게 하는 것은 오히려 균일 성막 에리어를 감소시킨다.
이에 대해, 본원발명의 성막장치에서는 열류제어용 전열부를 마련하는 것에 의해, ND성막에 기여하는 활성종의 밀도가 높은 기판의 중심영역과, 기판의 중심영역보다 성막에 기여하는 활성종의 밀도가 낮은 기판의 주변영역의 막질을 균등하게 하기 위해, 기판의 주변영역에서 냉각부 혹은 탑재대가 접속되는 챔버까지의 열저항을, 기판의 중심영역에서 냉각부 혹은 탑재대가 접속되는 챔버까지의 열저항에 비해 작게 하고, 기판내에 중심영역에서 주변영역에의 열류를 발생시키고, 용이하게 활성종 밀도 분포에 따라 기판온도에 구배를 일으키게 할 수 있어, 기판면내에 양호한 균일성을 구비하는 막을 형성할 수 있다. 상술한 바와 같이, 본원발명의 구성에서는 기판을 회전시키거나 하는 일이 없기 때문에 장치가 복잡화되지 않고, 또, 전극의 형상을 변화시키지 않기 때문에 플라즈마의 발생도 용이하다.
이와 같이, 본 실시형태의 성막장치 및 성막방법에 의하면, 양호한 면내 균일성을 갖는 막을 형성하는 것이 가능하다.
（실시예）
이하, 상술한 성막장치에 의해서 전자 방출막의 CNW과 ND막의 2종류의 막을 성막한 예를 나타낸다.
본 실시예에서는 몰리브덴제, 반경 140mm, 두께 8mm의 양극 및 음극을 이용하고, 전극간 거리는 60mm로 하였다. 열류제어용 전열부로서, 몰리브덴제의 링을 이용하였다. 열류제어용 전열부의 외경은 102mm, 내경 67mm, 두께 2mm이었다. 또, 몰리브덴의 열전도율은 138W/(m·K)이다. 기판으로서 1변이 30mm, 두께 0.7mm의 정방형상의 실리콘 웨이퍼(저항율 0.1Ωcm 이하) 4개를 이용하였다. 또한, 양극(102)의 중심(기판의 중심)으로부터 기판의 코너부(11a)의 선단까지는 42mm이다. 본 실시예에서는 각각의 기판의 에지가 양극을 통해 열류제어용 전열부와 대향하도록 배치하였다. 원료 가스로서 H2를 500sccm, CH4를 55sccm, Ar의 50sccm을 챔버내에 도입하였다. 또, 챔버내의 압력은 60Torr로 하고, 전류를 DC12A로 하였다. 또, 냉각장치내에서는 냉각액으로서, 수온 19℃의 물을 이용하여 20L/min로 흘렸다. 또, 내뿜는 냉각기체로서 헬륨은 50sccm 도입하였다. 기판의 중앙에서 분광 휘도계(108)까지의 거리는 60cm로 하였다.
우선, 사전 처리로서 상술한 바와 같이 탈지·초음파 세정을 기판에 실시하였다. 이 기판을 상술한 실시형태의 구성의 성막장치내의 양극상에 탑재하고, 진공상태에서 유량 500sccm로 수소를 도입하고, 플라즈마를 생성시켰다. 그 때의 냉각장치의 냉각부는 스테이지 배면으로부터 30mm이상 떼어 놓은 위치로 유지하였다. 그 후, 압력 상승과 함께 전류를 증가하고, 기판 온도가 800℃로 된 곳에서 CH4를 유량 50sccm(CH4 농도 11%)로 추가 투입하였다. 그 후에도 인가전력을 증가시키고, 전압 60Torr, 전류 12A가 된 곳에서 조건을 고정시키고, 그 시점을 갖고 성막의 개 시시간으로 하였다.
도 8은 분광 휘도계(108)에 의해서 측정된 스펙트럼으로부터 산출된 기판의 표면의 온도이다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 상술한 성막 조건으로 2시간 유지함으로써 CNW를 성막하였다. 다음에, 냉각 플레이트(냉각부(201)의 평판부(201a))와 전극 스테이지간의 간격을 1mm로 설정하고, 그 간극에 He 가스를 계속 도입함으로써 기판 근방의 환경을 나노 다이아몬드 성장영역으로 변화시켜 ND막을 성막하였다. He가스 유량은 전극 중심에 닿는 부분의 기판온도가 980℃로 되도록 피드백 제어를 실행하였다. 이 상태를 2시간 유지함으로써 CNW상에 ND층을 성막하였다.
또한, 기판 온도의 측정은 도 9에 나타내는 측정점 A, B에 있어서, 상술하는 바와 같은 분광 휘도계(108)를 이용한 기판 온도 해석을 실행하였다. 또, ND막을 성막할 때의 기판 온도의 피드백은 측정점 A의 온도를 기준으로 해서 실행하였다. 도 9에 나타내는 바와 같이 측정점 A는 양극(102)의 중심(기판의 중심)에 위치하고, 측정점 B는 기판의 코너부(11a)의 선단으로부터 x방향 및 y방향으로, 각각 6mm 내측의 점으로 하였다.
또, 하기의 방법으로 ND막의 형성에 기여하는 CH 래디컬의 프로파일을 플라즈마의 발광 스펙트럼으로부터 평가하였다.
우선, 플라즈마의 계측은 도 10에 나타내는 바와 같이 양광기둥이 발생하고 있는 상태에서, 기판의 중심에서 x방향으로, 전극면에 대해 수평인 방향으로부터, 기판의 약 1mm상의 플라즈마로부터 방사되는 광을 챔버에 설치된 창의 석영유리를 통해 전극중심에서 60cm 떨어진 위치로부터 분광 휘도계(107)에 의해 실행하였다. 또, 이 측정은 도 11에 나타내는 바와 같이 전극의 중심축에서 x축방향으로 xi에 있고, 기판의 상면에서 1mm상의 공간에 있는 플라즈마로부터의 방사 스펙트럼을, 분광 휘도계(107)에 의해, 초점을 전극 중앙에 맞춘 상태에서 측정하였다. 이 측정을, 분광 휘도계(107)를 x축을 따라 6mm씩 평행 이동시키면서 실행하고, 각각의 위치에서의 선스펙트럼의 방사휘도 데이터군 L(xi)을 평가하였다.
다음에, 측정된 스펙트럼으로부터, 연속 스펙트럼에 의한 기여를 차분한 후에, 스펙트럼을 적분(CH 래디컬에서는 도 12에 나타내는 스펙트럼의 사선부를 적분)하여 선스펙트럼의 방사휘도를 구하였다. 이 방사 휘도측 데이터군 L(xi)을 도 13에 나타내는 바와 같이 플롯하고, 하기에 나타내는 식 1을 피팅시켜, 정수 A∼E를 구하여 함수 Lf(x)의 형태를 얻었다. 단, Lf(R)=0으로 되는 정의 최소값 R을 구하고, Lf(x)는 x＞R의 영역에서 0으로 가정한다.
Figure 112008086825528-PAT00001
　
또한, x＜R일 때에는 식 1로 된다.
단, x＞R일 때에는 Lf(x)=0으로 된다.
또, 식 1의 A∼E는 다음과 같다.
A： 0.19063
B： 0.00028
C： -0.00011
D： 2.4929×10-6
E：-2.4465×10-8
다음에, 플라즈마는 동심원형상으로 확산되어 있다고 가정하고, 상술한 Lf(x)를 이용하고, 아벨 변환에 의해 중심으로부터 r의 거리에 있는 플라즈마로부터의 방출 계수 ε(r)를 하기의 식 2에 의해서 계산하였다. 또, 이 결과를 도 14에 나타낸다.
Figure 112008086825528-PAT00002
또, 발광종의 절대수 밀도는 하기의 식 3에 나타내는 바와 같이 스펙트럼선의 방출계수 ε(r)에 비례한다. 또한, 하기의 식 3에 있어서, N2는 상 준위 분자수밀도, ε는 스펙트럼선 방출계수, hν는 광자에너지, A2n은 자연방사계수이다.
Figure 112008086825528-PAT00003
임의의 휘선 스펙트럼에 대해 자연방사계수, 광자 에너지는 일정하기 때문에, 기판위치 0mm(기판의 중심)와 42mm(기판의 단부)에서 분자수 밀도를 구하는 것에 의해서, 하기의 수식 4에 나타내는 바와 같이 방출계수의 비를 구하였다. 이것 에 의해 기판의 단부(의 바로 위)의 CH 래디컬 밀도는 기판 중앙에 비해 72%인 것을 알 수 있다.
Figure 112008086825528-PAT00004
다음에, 본 실시예의 조건에 의해서 성막한 막에 대해 평가했다.
우선, 전자방출막(13)은 도 5에 모식적으로 나타내는 바와 같이 곡면을 이루는 꽃잎형상(부채형상)의 복수의 그래파이트 구조의 탄소 박편이 기립하면서 서로 랜덤한 방향으로 서로 연결되어 있는 카본 나노월(CNW)(31)과, CNW(31)상에 연속해서 퇴적된, 복수의 미결정 다이아몬드를 포함하는 층인 미결정 다이아몬드막(탄소막)(32)과, 미결정 다이아몬드막의 표면으로부터 돌출되어 있는 침형상의 침형상 탄소봉(33)을 갖는다.
미결정 다이아몬드막이 성막되기 전의 CNW(31)의 표면(도 5에 나타내는 CNW(31)와 미결정 다이아몬드막의 경계면에 상당하는 면)을 주사형 전자현미경에 의해서 주사한 화상을 도 15에 나타낸다. 또, CNW의 X선 회절패턴을 도 16에, 레이저광(파장=532nm)에 의한 라만 분광스펙트럼을 도 17에 나타낸다. 도 15에 나타내는 바와 같이, CNW는 곡면을 이루는 꽃잎형상(부채형상)의 복수의 탄소박편이 기립하면서 서로 랜덤한 방향으로 서로 연결되어 있다. CNW는 1nm∼500nm의 두께이다. 또, 도 16에 나타내는 X선 회절 패턴으로부터, 그래파이트의 면이 인식된다. 또한, 라만 분광 스펙트럼을 나타내는 도 17로부터, CNW는 sp2 결합을 갖는 것을 알 수 있다. 또, CNW의 탄소박편은 1580cm-1 부근의 그래파이트의 탄소-탄소결합의 육각 격자내에서의 탄소원자의 진동에 기인하는 반값폭이 50cm-1 미만의 G밴드의 피크와, 1350cm-1 부근의 격자 결함을 동반하는 그래파이트에 보여지는 D밴드의 피크 이외에 피크가 거의 보여지지 않기 때문에, 치밀하고 순도가 높은 sp2 결합의 그래파이트로 이루어진다고 할 수 있다. 이것에 의해, CNW의 각 탄소박편은 격자간격이 0.34nm의 수층∼수십층의 그라펜시트를 포함하는 것을 알 수 있다. 그라펜시트는 sp2 결합을 갖고, 도전성을 나타낸다. 따라서, CNW는 도전성을 나타낸다.
또, 도 5에 모식적으로 나타내는 바와 같이, CNW(31)에서는 침형상 탄소봉(33)이 성장하고 있다. 또, 침형상 탄소봉의 주위에는 미결정 다이아몬드막(32)의 다이아몬드 미립자(32a)가 배치되어 있다. 이와 같이 침형상 탄소봉(33)이 CNW(31)로부터 성장하는 것에 의해서, 침형상 탄소봉(33)과 CNW(31)가 연속하고 있으므로, 도체인 CNW로부터 침형상 탄소봉에 효율적으로 전자가 공급되고, 침형상 탄소봉(33)으로부터 양호하게 전자가 방출된다.
다음에, 미결정 다이아몬드막(탄소막)의 표면을 주사형 전자현미경에 의해서 상면으로부터 주사한 화상을 도 18에 나타내고, 단면을 주사한 화상을 도 19에 나타낸다. 또, CNW상에 형성된 미결정 다이아몬드막의 X선 회절패턴을 도 20에, 파장=532nm의 레이저광에 의한 라만 분광 스펙트럼을 도 21에 나타낸다. 또한, 미결정 다이아몬드막은 순수한 그래파이트와 다이아몬드 입자 뿐만 아니라, sp2와 sp3의 양쪽의 결합을 갖는 중간적인 상이 확인되고, 이들 복합체를 갖는 막이기 때문에, 탄소막으로 칭하는 것이 정확하기는 하지만, 본 실시형태에서는 설명의 편의상 미결정 다이아몬드막이라고 칭한다.
미결정 다이아몬드막은 입경이 5nm∼10nm의 sp3 결합의 복수의 다이아몬드 미립자를 포함한 층 구조이며, 그 표면에는 도 18에 나타내는 바와 같이 다이아몬드 미립자가 수십에서 수백개 정도 모이고, 세엽과 같은 조직이 형성되어 있다. 그리고, 이러한 미결정 다이아몬드막에서는 도 18 및 도 19에 나타내는 바와 같이 표면에 세엽이 복수 모여, 표면이 대략 원형상의 밀집한 복수의 괴상체로 되어 CNW를 덮고 있다. 미결정 다이아몬드막의 괴상체의 직경은 1μm∼5μm 정도이며, CNW상을 덮고 있는 정도로 성장하고 있는 것이 바람직하다. 미결정 다이아몬드막의 표면은 하지로 되어 있는 CNW의 표면보다 기복이 적고 비교적 평활하게 되어 있다. 또, 이 미결정 다이아몬드막의 각 괴상체의 계면(입자경계)은 도면에 나타내는 바와 같이, 간극이 형성되어 있다. 미결정 다이아몬드막이 성장해 가는 과정에서, 미결정 다이아몬드막(32)이 입체 장해로 되어, 그 아래에서 계속해서 성장하고자 하는 CNW에 응력이 부가된 결과, CNW의 일부가 침형상으로 성장하고, 이 간극으로부터 돌출된 침형상 탄소봉으로 되어 있다. 따라서, 미결정 다이아몬드막 및 미결정 다이아몬드막의 괴상체간의 가극은 CNW의 성장을 변질해서 다량의 침형상 탄소봉을 형성시키는 효과를 갖고 있다.
미결정 다이아몬드막에 있어서의 X선 회절패턴을 조사하면, 도 20에 나타내는 바와 같이, 다이아몬드 결정의 현저한 피크를 갖고 있다. 이러한 예민한 피크는 다이아몬드 라이크 카본과 같은 비정질상에서는 보여지지 않기 때문에 결정성 다이 아몬드가 제조되어 있는 것을 확인할 수 있다. 또 상기 X선 회절패턴에서는 다이아몬드의 피크 이외에도, 그래파이트의 피크도 약간 관찰되었다. 이것으로부터, 미결정 다이아몬드막의 주표면에는 다이아몬드만이 아닌, 침형상 탄소봉이나 후술하는 sp2 결합이 지배적인 상 등의 결정성이 있는 그래파이트가 존재하고, 미결정 다이아몬드막의 표면은 완전한 절연체가 아닌 침형상 탄소봉이 도통하는 정도로 도전성을 나타내고 있기 때문에 전자방출특성이 우수한 것을 알 수 있다.
도 21은 레이저광(파장=532nm)에 의한 라만 분광 측정을 실행한 것이다. 실선으로 나타내는 스펙트럼은 미결정 다이아몬드막의 복수의 다이아몬드 미립자의 집합체와 sp2 결합이 지배적인 상의 라만 스펙트럼을 750cm-1∼2000cm-1의 부분을 추출하고, 추출한 단부 근방을 연결하는 선을 베이스 라인으로 해서 스펙트럼으로부터 베이스 라인분의 수치를 제거한 것이다.
다음에 포지션의 초기값 1140cm-1, 1330cm-1, 1333cm-1, 1520cm-1, 1580cm-1으로서 의Voigt형 함수를 두고, 각각의 피크위치, 피크높이, 선폭에 자유도를 갖게한 비선형 최소 이승법에 의해, 피크를 중첩한 프로파일이 실측 스펙트럼에 맞도록 피트시켰다. 그 결과, 도 21중에서 나타나는 바와 같이, 실측 스펙트럼에 대략 일치하는 프로파일이 얻어졌다.
여기에는 1140cm-1 부근에 CNW의 신호에는 보여지지 않았던 신호가 보여진다. 이것은 CVD 등에 의해 합성되는 다이아몬드에 보여지는 피크로, C-C의 결합각과 결합길이가 sp3에 가까운 구조를 갖고, 또한 결정(혹은 클러스터)이 나노오더 사이즈의 상에 유래하는 피크로 간주되어 있다. 또, 이 도 21로부터 선폭이 넓은 그래파이트의 D밴드 피크(1355cm-1)에 숨고, 1333cm-1에도 피크가 존재하는 것이 시사되고 있다. 이것은 가시광에 의한 라만 분광 측정에서는 그래파이트에 비해 1/20 이하의 감도밖에 갖지 않는 다이아몬드에 유래하는 피크로 고려된다. 이것으로부터, 도 21의 라만 스펙트럼은 다이아몬드 조성이 지배적인 결정성의 다이아몬드 미립자로 이루어지는 ND층에 기인하는 것이 고려된다.
다음에, 도 22a에 상술한 조건으로 비교예로서 열류제어용 전열부를 이용하지 않고 CNW 및 ND막을 성막한 경우의 ND막의 성막 종료시의 측정점 A 및 측정점 B의 온도를 나타내는 표를 나타낸다. 또, 도 22b에, 상술한 비교예의 조건으로 열류제어용 전열부를 생략하여 ND막을 성막한 전계 방출형 전극과 형광판의 사이에 전압을 인가함으로써 전자 방출을 일으키고, 그 전자선 조사에 의해서 발광한 형광판의 발광을 관찰한 화상을 나타낸다. 또한, 도 23a에 도 22b의 측정점 A의 단면의 SEM(Scanning Electron Microscope) 사진을, 도 23b에 도 22b의 측정점 B의 SEM 사진을 나타낸다. 또한, 도 22b에서는 전자 방출막과 형광판의 사이에 인가되는 전압은 펄스전압이고, 인가 조건으로서 전극간 거리를 4.4mm, 피크 전압을 5kV, 반복 속도를 500Hz, 듀티비를 0.5%로 하였다.
도 22a에 나타내는 바와 같이, 열류제어용 전열부를 적용하는 일 없이 성막한 경우, 성막종료단계의 측정점 A의 온도는 980℃이고, 측정점 B의 온도는 963℃이다. 즉, 기판의 중심과 기판의 코너부의 선단의 온도차는 17℃이다. 또 기판의 측정점 AB간의 온도 구배는 7℃/cm이었다. 또, 도 22b에 나타내는 바와 같이, 중심영역에서는 전자 방출이 생기고 있지 않고, 전자 방출이 균일한 특성이 얻어지고 있지 않다. 또, 도 23a 및 도 23b에 나타내는 바와 같이, 측정점 A에서는 표면의 요철이 측정점 B와 비교하여 적은 것을 알 수 있었다. 또, 프로브식 표면 조도계로 측정한 결과, 측정점 A의 표면 거칠음은 43nmRa였다. 또, 막 표면의 측정점에 전극으로서 금(Au)을 φ5mm로 증착하고, 2단자법에 의해 측정을 실행한 결과, 측정점 A의 전기저항율은 7kΩm이었다. 또한, 전기저항율을 도출할 때에는 기판, CNW의 전기저항이 ND막의 전기저항에 대해 무시할 수 있을 정도로 낮은 것으로 해서, ND막의 두께와 전극면적으로부터 산출하였다. 또, 마찬가지로 측정한 결과 측정점 B의 표면 거칠음은 91nmRa이고, 전기저항율은 4kΩm이었다. 이와 같이, 표면 거칠음에는 약 50nmRa의 차가 있고, 저항율에 대해서도 약 3kΩm의 차가 있다. 형광으로부터 관찰되는 전자방출에 대해서도, 중심에서는 거의 보이지 않고, 주변영역에서는 양호하게 전자가 방출되고 있는 것이 명백하다. 이와 같이 열류제어용 전열부를 이용하지 않는 구성에서는 측정점 A와 측정점 B는 전기적특성에 대해, 크게 차가 있는 것을 알 수 있었다.
이것에 대해, 본 발명의 실시형태에 관한 열류제어용 전열부를 이용하여, 상술한 조건으로 CNW 및 ND막을 성막한 경우의 ND막의 성막 종료시의 측정점 A 및 측정점 B의 온도를 도 24a에 나타낸다. 또, 도 24b에, 상술한 조건으로 CNW 및 ND막을 성막한 전계 방출형 전극의 전자방출을 나타낸다. 도 25의 (a) 및 (b)는 각각 도 24의 (b)에 있어서의 측정점 A, 측정점 B의 단면의 SEM 사진이다. 도 24의 (b) 에 나타내는 측정점 A의 위치는 도 22의 (b)에 나타내는 측정점 A의 위치에 일치하고 있고, 또한 도 2에 나타내는 기판(11)의 중심, 즉 성막중의 양광기둥의 중심영역과 중첩되는 부분이며, 열류제어용 전열부(110)과 중첩되지 않는 위치이다. 도 24의 (b)에 나타내는 측정점 B의 위치는 도 22b에 나타내는 측정점 B의 위치에 일치해 있고, 또한 도 2에 나타내는 기판(11)의 코너부(11a)에 상당하는 위치로서, 성막중의 양광기둥에 있어서의 주변영역과 중첩되는 부분이고, 열류제어용 전열부(110)와 중첩되는 위치이다. 도 25a 및 도 25b로부터 명백한 바와 같이, 본 실시형태의 열류제어용 전열부를 이용한 경우, 성막종료단계의 측정점 A의 온도는 980℃이고, 측정점 B의 온도는 952℃이었다. 즉, 기판의 중심과 단부의 온도차는 28℃이고, 측정점 AB간의 온도구배는 12℃／cm이었다. 상술한 바와 같이 열류제어용 전열부를 생략한 구성에서는 A점과 B점에서의 온도차가 17℃이었기 때문에, 열류제어용 전열부를 마련함으로써 또한 10℃의 온도차를 발생시킬 수 있었다.
또, 도 24b에 나타내는 바와 같이, 열류제어용 전열부를 설치한 구성에서는 중심영역에서도 대략 균일하게 전자방출이 발생하고 있고, 전극 전체를 보아도 전자방출이 거의 균등하게 생기고 있는 것을 알 수 있다. 또, 도 25a 및 도 25b에 나타내는 바와 같이, 측정점 A에서는 표면의 요철이 측정점 B와 비교하면 적지만, 열류제어용 전열부를 생략한 구성에 비해 그 차는 작은 것을 알 수 있었다. 또, 열류제어용 전열부를 생략한 구성과 마찬가지의 방법으로 측정한 결과, 측정점 A의 표면 거칠음은 81nmRa이고, 측정점 A의 전기저항율은 4kΩm이었다. 또, 측정점 B의 표면 거칠음은 111nmRa이고, 전기저항율은 4kΩm이었다. 이와 같이, 본 실시형태 와 같이 열류제어용 전열부를 마련하는 것에 의해서, 측정점 A와 B에 있어서의 전자방출을 대략 균등하게 발생시킬 수 있고, 전기저항율도 대략 동일하게 할 수 있는 것을 알 수 있었다. 이와 같이 본 실시형태의 구성의 열류제어용 전열부를 이용하는 것에 의해서 기판면내에 있어서 전기적특성이 비교적 균일한 막을 성막하는 것이 가능하게 된다.
또, 도 14에 나타내는 바와 같이 CH의 분포상태에서 고려하여, 본 실시예의 조건에 있어서의 활성종(CH)의 분포에서는 기판중심으로부터 5mm의 범위에서는 활성종의 밀도에 큰 차는 없고, 5mm를 넘은 범위에서, 감소가 보였다. 본 실시예에서는 기판의 코너부의 선단에 상당하는 43mm에서는 중심영역에 비해 73% 정도의 활성종 밀도이었기 때문에, 기판내에 온도 구배를 마련함으로써, 더욱 균일한 성막이 생겼다고 고려된다.
본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 각종 변형이 가능하다.
열류제어용 전열부는 양극과 탑재대의 사이에 설치되는 구성을 예로 들어 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 기판과 양극의 사이에 설치하는 것도 가능하다.
상술한 실시형태에서는 열류제어용 전열부가 중공의 링형상으로 형성되는 경우를 예로 들었지만 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 26에 나타내는 바와 같이, 열류제어용 전열부(210)를 원반형상으로 형성하고, 성막에 기여하는 활성종의 밀도가 높은 영역로 되는 중심영역(210b)을 열전도율이 낮은 재료, 예를 들면 Al2O3로 형성하고, 성막에 기여하는 활성종의 밀도가 낮은 영역으로 되는 주변영 역(210a)을 중심영역에 비해 열전도율이 높은 재료, 예를 들면 Cu로 형성하는 것도 가능하다. Al2O3의 열전도율은 20W/(m·K)이고, Cu의 열전도율은 350W/(m·K)이기 때문에, 열은 Cu로 이루어지는 주변영역으로부터, 더욱 탑재대에 전달한다. 이것에 의해, 상술한 실시형태와 마찬가지로, 기판의 중심에서 주변방향m로의 열류를 발생시키고, 기판내에 온도 구배를 일으키게 할 수 있다. 또한, 2종류의 재료 뿐만 아니라 3개 이상의 재료를 조합하고, 기판의 중심에서 주변방향으로의 열류를 발생시키고, 기판내에 온도구배를 발생시켜도 좋다. 이 때, 주변영역(210a)과 중심영역(210b)은 이간되어 있어도 좋다.
또, 도 27과 같이, 스테이지(104)는 중앙부가 오목하게 되어 있는 오목부(104x) 및 오목부(104x)의 주위를 둘러싸도록 돌출되어 있는 열류제어용 전열부(104y)를 가져도 좋다. 열류제어용 전열부(104y)는 링형상이며, 코너부(11a)와 중첩되어 있다. 양극(102)에 있어서, ND막의 형성에 기여하는 활성종의 밀도가 높은 기판(11)의 중앙부에 대응하는 부분의 이면측은 오목부(104x)에 대향하고, 오목부(104x)와의 사이에 공극이 있기 때문에, 기판(11)의 중앙부와 오목부(104x)와의 사이의 열저항이 높다. 이에 대해, 양극(102)에 있어서, ND막의 형성에 기여하는 활성종의 밀도가 낮은 기판(11)의 코너부(11a)에 대응하는 부분의 이면측은 스테이지(104)의 열류제어용 전열부(104y)에 접하고 있으므로, 기판(11)의 코너부(11a)와 열류제어용 전열부(104y)와의 사이의 열저항은 낮다. 이와 같이, 스테이지(104)의 일부가 열제어용 전열부(104y)로 하는 것에 의해서도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또, 기판(11)은 니켈 이외에도 희토류, 동, 은금, 백금, 알루미늄 중의 적어도 어느 1종을 포함해도 좋다.
또, 원료 가스인 수소 가스와 탄소함유 화합물의 혼합비도 적절히 선택적으로 변경 가능하다.
또한, 상기 실시형태에서는 전자방출형 전극을 형성했지만, 다른 전자부품을 연속적인 플라즈마 CVD로 형성하는 경우에도 적용할 수 있고, 막질이 다른 복합막을 연속적으로 형성하는 경우 등에 유효하다.
또, 냉기가스의 냉각 능력을 충분히 확보할 수 있는 경우에는 냉각부(201)의 평판부(201a)를 완전히 스테이지(104)에 전체를 맞닿게 하는 것보다도, 냉각부(201)의 평판부(201a)의 일부를 맞닿게 하는 동시에 다른 부를 맞닿게 하지 않을 정도로 접근시키거나, 혹은 평판부(201a) 전체를 맞닿지 않을 정도로 접근시켜 양극(102)을 냉각하는 쪽이 바람직하다.
또, 상기 실시형태에서는 양광기둥이 접하는 기판면이 원형이었으므로 열류제어용 전열부가 원형의 링형상으로 했지만, 양광기둥의 형상이 원형 이외이면 해당 양광기둥의 형상에 맞추면 좋다. 이 때, 열류제어용 전열부는 중공의 링형상이어도 좋고, 내측을 열전도도가 낮은 재료로 형성하고, 열전도도가 높은 재료로 형성해도 좋다.
2007년 12월 17일에 출원된, 일본국 특허출원 제2007-325303호의 명세서, 청구의 범위, 도면, 요약을 포함한 모든 개시는 여기에 인용에 의해서 조립된다.
각종 전형적인 실시형태를 나타내고 또한 설명해 왔지만, 본 발명은 상기 실 시형태에 한정되지 않는다. 따라서, 본 발명의 범위는 다음의 청구의 범위에 의해서만 한정되는 것이다.
도 1은 본 발명을 적용한 실시형태에 있어서의 성막장치의 구성예를 모식적으로 나타내는 도면.
도 2의 (a)는 본 발명을 적용한 실시형태에 있어서의 성막장치의 열류제어용 전열부의 구성예를 나타내는 평면도이고, 도 2의 (b)는 열류제어용 전열부의 구성예를 나타내는 단면도.
도 3의 (a)는 본 발명을 적용한 실시형태에 있어서의 냉각장치의 구성예를 설명하는 평면도이고, 도 3의 (b)는 냉각장치의 구성예를 나타내는 단면도.
도 4는 본 발명을 적용한 실시형태에 있어서의 냉각장치의 냉각부를 스테이지에 맞닿게 한 상태를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명을 적용한 실시형태의 성막방법 및 성막장치에 의해서 성막 되는 전계 방출형 전극을 모식적으로 나타내는 단면도.
도 6은 본 발명을 적용한 실시형태의 열류제어용 전열부를 생략한 구성에 있어서의 기판 근방의 열류를 모식적으로 나타내는 도면.
도 7은 본 발명을 적용한 실시형태에 있어서의 기판 근방의 열류를 모식적으로 나타내는 도면.
도 8은 전자 방출막을 성막할 때의 온도 변화를 나타내는 도면.
도 9는 본 발명을 적용한 실시예에 있어서의 양극, 기판, 및 열류제어용 전열부의 배치와 측정점을 나타내는 도면.
도 10은 본 발명을 적용한 실시예에 있어서의 양광기둥과 분광 휘도계에 의 한 스캔방향을 나타내는 사진.
도(11)은 본 발명을 적용한 실시예에 있어서의 양광기둥과 분광 휘도계에 의한 스캔방향을 모식적으로 나타내는 도면.
도 12는 플라즈마의 스펙트럼을 나타내는 도면.
도 13은 기판의 중심으로부터의 거리와 방사 휘도의 관계를 나타내는 도면.
도 14는 기판의 중심으로부터의 거리와 스펙트럼선 방출계수의 관계를 나타내는 도면.
도 15는 본 발명을 적용한 실시예에 있어서의 카본 나노월의 표면을 주사형 전자현미경으로 주사한 화상.
도 16은 본 발명을 적용한 실시예에 있어서의 카본 나노월의 X선 회절 패턴을 나타내는 도면.
도 17은 본 발명을 적용한 실시예에 있어서의 카본 나노월의 라만 분광 스펙트럼을 나타내는 도면.
도 18은 본 발명을 적용한 실시예에 있어서의 나노 다이아몬드막(탄소막)의 표면을 주사형 전자현미경에 의해서 주사한 화상.
도 19는 본 발명을 적용한 실시예에 있어서의 나노 다이아몬드막(탄소막)의 단면을 주사형 전자현미경에 의해서 주사한 화상.
도 20은 본 발명을 적용한 실시예에 있어서의 나노 다이아몬드막의 X선 회절 패턴을 나타내는 도면.
도 21은 본 발명을 적용한 실시예에 있어서의 나노 다이아몬드막의 라만 분 광 스펙트럼을 나타내는 도면.
도 22a는 열류제어용 전열부를 생략한 경우의 ND막의 성막 종료시의 측정점A 및 측정점B의 온도를 나타내는 표이고, 도 22b는 열류제어용 전열부를 생략하여 성막한 전계 방출형 전극의 전자 방출을 나타내는 사진.
도 23a는 열류제어용 전열부를 생략하여 성막한 전계 방출형 전극의 측정점 A에 있어서의 단면을 나타내는 사진이고, 도 23b는 열류제어용 전열부를 생략하여 성막한 전계 방출형 전극의 측정점 B에 있어서의 단면을 나타내는 사진.
도 24a는 본 발명을 적용한 실시형태의 ND막의 성막 종료시의 측정점A 및 측정점 B의 온도를 나타내는 표이고, 도 24b는 본 발명을 적용한 실시형태의 전계방출형 전극의 전자 방출을 나타내는 사진.
도 25a는 본 발명을 적용한 실시형태의 전계 방출형 전극의 측정점A에 있어서의 단면을 나타내는 사진이고, 도 25b는 본 발명을 적용한 실시형태의 전계방출형 전극의 측정점 B에 있어서의 단면을 나타내는 사진.
도 26은 본 발명의 변형예를 나타내는 도면.
도 27은 본 발명의 변형예를 나타내는 도면.

Claims (27)

  1. 처리 대상체가 탑재되는 제 1 전극과,
    상기 제 1 전극에 대향하고, 상기 제 1 전극으로 플라즈마를 생성하는 제 2 전극과,
    상기 처리 대상체로부터 열을 인출하여 상기 처리 대상체의 중심영역에서 주변영역으로 열류를 생성하는 것을 특징으로 하는 열류제어용 전열부.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열류제어용 전열부는 상기 제 1 전극이 탑재되는 탑재대와 상기 제 1 전극의 사이에 설치되거나, 또는 상기 제 1 전극이 탑재되는 탑재대의 일부인 것을 특징으로 하는 열류제어용 전열부.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 열류제어용 전열부는 중공의 링형상인 것을 특징으로 하는 열류제어용 전열부.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 열류제어용 전열부는 상기 제 1 전극을 통해 상기 처리 대상체의 주변영역의 적어도 일부와 대향하는 것을 특징으로 하는 열류제어용 전열부.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 열류제어용 전열부는 몰리브덴을 포함하는 것을 특징으로 하는 열류제어용 전열부.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 열류제어용 전열부는
    제 1 열전도율을 갖는 재료로 형성된 제 1 영역과,
    상기 제 1 열전도율보다 높은 제 2 열전도율을 갖는 재료로 형성된 제 2 영역을 구비하고,
    상기 제 1 영역은 상기 열류제어용 전열부의 중심영역에 형성되고,
    상기 제 2 영역은 상기 열류제어용 전열부의 주변영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 열류제어용 전열부.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 열류제어용 전열부는 원반형상인 것을 특징으로 하는 열류제어용 전열부.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극이 탑재되는 탑재대에 근접 또는 맞닿게 하는 것에 의해 상기 탑재대를 냉각하는 냉각장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 열류제어용 전열부.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 탑재대의 상기 제 1 전극이 탑재되는 면과는 반대의 면에 대해, 상기 냉각장치를 이동시키는 냉각장치 이동 기구를 더 갖는 것을 특징으로 하는 열류제어용 전열부.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 처리 대상체상에 미결정 다이아몬드막이 형성되는 것을 특징으로 하는 열류제어용 전열부.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 미결정 다이아몬드막의 아래에 그라펜시트를 갖는 카본 나노월이 형성되는 것을 특징으로 하는 열류제어용 전열부.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 미결정 다이아몬드막의 위에 돌출되도록, 그래파이트로 이루어지는 돌기부가 또한 형성되는 것을 특징으로 하는 열류제어용 전열부.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 처리 대상체의 온도를 측정하는 온도 측정부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 열류제어용 전열부.
  14. 처리 대상체가 탑재되는 제 1 전극과,
    상기 제 1 전극을 탑재하는 탑재대와,
    상기 제 1 전극에 대향하고, 상기 제 1 전극으로 플라즈마를 발생시키는 제 2 전극과,
    상기 플라즈마에 의한 성막에 기여하는 활성종의 밀도가 높은 상기 처리 대상체에 있어서의 제 1 영역과 상기 탑재대의 사이의 열저항과, 상기 제 1 영역보다 성막에 기여하는 활성종의 밀도가 낮은 제 2 영역과 상기 탑재대의 사이의 열저항을 다르게 하여 기판면내의 온도 분포를 제어하는 것을 특징으로 하는 열류제어용 전열부.
  15. 처리 대상체를 탑재하는 제 1 전극과,
    상기 제 1 전극을 탑재하는 탑재대와,
    상기 제 1 전극에 대향하고, 상기 제 1 전극으로 플라즈마를 생성하는 제 2 전극과,
    상기 플라즈마에 의한 성막에 기여하는 활성종의 밀도가 높은 상기 처리 대상체에 있어서의 제 1 영역과, 상기 제 1 영역보다 성막에 기여하는 활성종의 밀도 가 낮은 제 2 영역의 막질을 균등하게 하기 위해, 상기 처리 대상체의 상기 제 2 영역에서 상기 탑재대까지의 열저항을, 제 1 영역에서 상기 탑재대까지의 열저항에 비해 감소시키는 것을 특징으로 하는 열류제어용 전열부.
  16. 제 1 전극상에 처리 대상체를 탑재하는 공정과,
    열류제어용 전열부에 의해 상기 처리 대상체의 중심영역에서 주변영역으로 열류를 일으키게 발생시키는 바와 같은 상태에서, 제 1 전극과 제 2 전극의 사이에서 플라즈마를 발생하여 상기 처리 대상체의 표면에 성막하는 성막공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 성막방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 열류제어용 전열부는 상기 제 1 전극이 탑재되는 탑재대와 상기 제 1 전극의 사이에 설치되거나, 혹은 상기 제 1 전극이 탑재되는 탑재대의 일부인 것을 특징으로 하는 성막방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 열류제어용 전열부는 상기 제 1 전극을 통해 상기 처리 대상체의 주변영역의 적어도 일부와 대향하는 것을 특징으로 하는 성막방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 열류제어용 전열부는 중공의 링형상인 것을 특징으로 하는 성막방법.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 열류제어용 전열부는
    제 1 열전도율을 갖는 재료로 형성된 제 1 영역과,
    상기 제 1 열전도율보다 높은 제 2 열전도율을 갖는 재료로 형성된 제 2 영역을 구비하고,
    상기 제 1 영역은 상기 열류제어용 전열부의 중심영역에 형성되고,
    상기 제 2 영역은 상기 열류제어용 전열부의 주변영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 성막방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 열류제어용 전열부는 원반형상인 것을 특징으로 하는 성막방법.
  22. 제 16 항에 있어서,
    상기 열류제어용 전열부는 상기 제 1 전극을 탑재하는 탑재대를 냉각하는 냉각장치에 의해 냉각되는 상기 제 1 전극을 거쳐서 상기 처리 대상체를 냉각하고, 상기 냉각장치는 상기 제 1 전극과 상기 탑재대 사이에 개재하는 것을 특징으로 하는 성막방법.
  23. 제 16 항에 있어서,
    상기 성막공정에 있어서, 상기 처리 대상체상에는 미결정 다이아몬드막이 형성되는 것을 특징으로 하는 성막방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 미결정 다이아몬드막의 아래에 그라펜시트를 갖는 카본 나노월이 형성된느 것을 특징으로 하는 성막방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 미결정 다이아몬드막의 위에 돌출되도록, 그래파이트로 이루어지는 돌기부가 또한 형성되는 것을 특징으로 하는 성막방법.
  26. 제 16 항에 있어서,
    상기 처리 대상체의 온도를 측정하는 온도측정스텝을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 성막방법.
  27. 제 16 항에 있어서,
    상기 열류제어용 전열부는 몰리브덴을 포함하는 것을 특징으로 하는 성막방법.
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102471883A (zh) * 2009-07-14 2012-05-23 赫姆洛克半导体公司 抑制沉积物在制造系统中的形成的方法
BR112013010515A2 (pt) * 2010-10-29 2016-08-02 Baker Hughes Inc partículas de grafeno revestidas de diamante, composições e estruturas intermédias compreendendo o mesmo e os métodos de formação de poli cristalinos de partículas de diamante grafeno-revestido e compactos
US8840693B2 (en) 2010-10-29 2014-09-23 Baker Hughes Incorporated Coated particles and related methods
DE102011009347B4 (de) * 2010-11-29 2016-05-12 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Herstellung eines kohlenstoffhaltigen Schichtsystems sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
CN102367570B (zh) * 2011-11-01 2014-11-19 南昌航空大学 一种制备金刚石-石墨烯复合膜的方法
CN102517633B (zh) * 2011-12-26 2015-05-20 常州二维碳素科技有限公司 一种生长石墨烯的支架及方法
DE102012205616B4 (de) * 2012-04-04 2016-07-14 Siltronic Ag Vorrichtung zum Abscheiden einer Schicht auf einer Halbleiterscheibe mittels Gasphasenabscheidung
US20150197852A1 (en) * 2014-01-13 2015-07-16 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Plasma processing apparatus and plasma-uniformity control method
CN104809343B (zh) * 2015-04-23 2018-09-14 西安理工大学 一种等离子体中使用电流密度卷积完全匹配层的实现方法
US10816476B2 (en) * 2016-03-04 2020-10-27 Vg Systems Limited XPS and Raman sample analysis system and method
US10535499B2 (en) * 2017-11-03 2020-01-14 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Varied component density for thermal isolation
WO2021091786A1 (en) * 2019-11-04 2021-05-14 Applied Materials, Inc. Systems and methods for substrate support temperature control
CN111647879A (zh) * 2020-04-20 2020-09-11 中国科学技术大学 一种化学气相沉积装置与方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0460552U (ko) * 1990-09-28 1992-05-25
JP3595853B2 (ja) 1999-03-18 2004-12-02 日本エー・エス・エム株式会社 プラズマｃｖｄ成膜装置
JP3817414B2 (ja) * 2000-08-23 2006-09-06 株式会社日立製作所 試料台ユニットおよびプラズマ処理装置
JP4409373B2 (ja) * 2004-06-29 2010-02-03 日本碍子株式会社 基板載置装置及び基板温度調整方法
JP4869610B2 (ja) * 2005-03-17 2012-02-08 東京エレクトロン株式会社 基板保持部材及び基板処理装置
US7418921B2 (en) 2005-08-12 2008-09-02 Asm Japan K.K. Plasma CVD apparatus for forming uniform film
JP5161450B2 (ja) * 2005-09-30 2013-03-13 財団法人高知県産業振興センター プラズマｃｖｄ装置及びプラズマ表面処理方法

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